小地質構造對煤礦掘進的影響與策略探究

王瑞昌

摘要：長期以來，由于相關工作人員對煤礦掘進過程中的地質構造狀況不是足夠重視，進而導致相關預防及防范工作不是十分到位，這也就在一定程度上給煤礦采集事故的發生埋下了一定的隱患。為此，煤礦開采相關工作人員應進一步增強對小地質構造相關地形的了解和認識，進而為預防和降低煤礦采集事故提供一定的前提與保障。文章就小地質構造對煤礦掘進的影響以及相關的策略進行了深入細致的分析與探討。

關鍵詞：小地質構造；煤礦掘進；相應的影響；策略探究

一直以來，進行井下煤礦采集工作的危險性系數就相對較大，這其中頂板事故應該是煤礦采集事故中較為常見的一種類型。煤礦頂板事故主要是指相關工作人員在進行井下采煤過程中由于施工方式及施工策略的失誤所導致的煤層頂板的坍塌現象，這不僅僅會導致煤礦采集工作的中斷，同時還可能造成相關工作人員的傷亡以及生產設備的損壞及破壞。可以說，煤層頂板事故具備突發性及不可預見性的特征，同時其對人類生產生活的危害性也相對較大。究其原因，煤層頂板事故的發生主要是因為煤層頂板與中上層地質構造的不均勻現象。為進一步切實防范煤層頂板事故的頻發，相關單位及人員需要針對相應的地質構造制定出與之對應的應急策略及防范措施。而實際工作中，面對一些小的地質構造時，相關工作人員及管理人員往往不對此給予足夠的重視，進而在上報及制定相應措施中忽略掉相關問題，這無疑給煤礦掘進工作埋下了較大的安全隱患，也在某種程度上進一步增加了煤礦頂板事故的發生機率。多年來，盡管我國也一直努力在對這一問題進行緩解和控制，但其改善的效果始終不盡如意，其主要原因無非是對煤炭開采的工作環境及地質構造缺乏較深入的了解和認識，為此，在今后煤炭掘進過程中應進一步加深對煤炭開采相關問題的認識，同時進一步加強對煤礦事故的預防與相應的防護工作。

一、小地質構造類型的相關介紹

地質構造是地殼之間的運動產生的，它是指構造在巖層和巖體中運動所留下來的各種行跡。

小地質構造主要來源于大型的地質構造，可以說其是大型地質構造之中的次一級地質構造。具體來說，小地質構造可以分為小斷層、小褶皺以及復合頂板等相關類型。盡管這幾種類型同屬于小地質構造，但具體到每一種地質構造，它們又有著各自不同的特點及特征。

（一）小斷層

小斷層可以說是煤礦采集掘進過程中較為常見的一種小地質構造類型。此外，小斷層出現的標志也各式各樣，在煤層頂板或者是底板出現移位現象時；煤層厚度不斷降低，最終導致尖滅現象時；順著煤層的巷道觀察，煤層厚度出現一定的加劇狀況，造成巖石楔子問題產生時；煤層被巖層逐漸取代，進而使得煤層的頂板和底板部位出現巖性變化時，可以說，這些現象或狀況的發生及產生都會在一定程度上使得煤礦采集掘進過程中極有可能出現小斷層。而具體的情況及相應的操作應對措施還需要相關工作人員做進一步的分析及探討。

小地質構造中的小斷層地址類型主要是指落差小于等于五米的斷層，在煤炭采集掘進過程中，小斷層、逆斷層以及小裂縫的現象及狀況時有發生。正斷層與其他兩種情況相比較而言，其較為明顯的特點就是上盤下降和下盤上升的問題，此外，正斷層的穩定性及平整程度也相對較高。逆斷層作為小斷層的一種情況及形式，其斷層結構主要表現為傾斜角度相對較大，另外，逆斷層中會存在有較為嚴重的小褶皺現象。由此可見，巷道支護工作具備一定的艱難性，可以說，隨著時間的逐步推移，巷道支護的穩定性會出現明顯的降低，同時加上較高程度的巖層外力擠壓，此時層滑構造形式逐漸形成及出現。此外，由于較為混亂的煤層層理結構，再加上局部巖層受力程度的集中性，進而導致煤巖層極易出現斷裂的現象及狀況。為此，煤炭采集及掘進過程中相關工作人員應進一步提高對于小斷層地質構造的重視程度，可以說，只有這樣，才有可能更有針對性地對煤炭開采過程中的相關問題進行分析與解決，進而有利于提高采煤工作的整體效率水平。

（二）復合頂板

煤層頂板主要可分為老頂、直接頂和偽頂三種類型，很多煤層頂板中存在一定的薄煤線，這些薄煤線有些是一層，有些是多層，但是所有的薄煤線主要集中在直接頂和偽頂之間的部位。復合頂板主要是由多層煤線和薄巖層互層構成。可以說，復合頂板對巷道支護的穩固性有著十分不利的影響。

（三）小褶皺

褶皺通常是指在構造的運作下，巖層因受力發生一系列的波狀的彎曲變形，最終形成褶皺。它通常包括直接頂、老頂和偽頂。

在向斜結構和背斜結構中，小褶皺出現的機率相對較高，在實際煤炭開采過程中，煤層頂板的撓曲構造形式也是小褶皺較為常見的一種形式。煤層頂板的撓曲構造不規則性較為明顯，有很多不規則的小褶皺，同時其規模也相對較小，一般只有1～26米的影響范圍，為此可以說，小褶皺極易對巷道的支護工作產生一定的破壞性，此外，周邊的煤巖層因小褶皺的影響存在著塑性變形的可能性，威脅著巷道支護的穩固，極有可能對相關工作人員及煤炭開采工作造成不可預見的危害。

二、小地質構造對煤礦掘進的影響

在采煤和掘進的工程中，原巖的應力不斷地受到破壞和改變，應力平衡受到破壞，導致頂板和煤層的變形或是損壞回采工作所經過的環境。當進行煤礦掘進時，小地質構造處的應力表現的非常明顯，如若在這種情況下，設備質量、管理水平和巖石的變形系數等都對煤礦掘進工作產生重大的影響，甚至是威脅施工者的安全。因此在挖掘或采煤過程中要做好頂板的管理工作，如果管理不當，頂板便會出現斷裂等危險的情況，甚至出現塌方。同時，也要對支護引以高度重視，提高支護的質量，防止局部冒頂的現象發生。接下來本文就從以下幾個方面對小地質構造對煤礦掘進的影響進行分析：

（一）回采作業過程中的影響

回采作業過程中，在小地質構造的環境下，煤層和頂板在一定的壓力及作用力下，極有可能會出現一定的變形及破碎現象，此時也就為局部冒頂的出現提供了一定的條件及前提。在回采放頂煤作業過程中，由于頂板與煤層之間所承受的壓力過大，發生破碎之后的煤會沿著架前煤壁跌落到下方，進而在煤層頂板形成一定的空間，同時產生較大面積的滑坡現象，最終使得煤層支架上空出現懸空的現象。較為嚴重時，可能會形成一定的倒架危險，進而給相關作業人員造成一定的生命威脅，同時也給煤炭生產帶來較大的安全隱患。

（二）掘進作業過程中的影響

掘進作業過程中，在小地質構造環境下，采掘活動對于工作區域外圍煤體的影響范圍可達三十米，這種情況下極易造成局部冒頂現象的出現，一旦形成巷道高冒區，就易造成瓦斯泄露和大量的聚集。在瓦斯壓力梯度較大的情況下，一定范圍內，瓦斯壓力變化的幅度也相對較大，此時極易造成爆炸事故的產生，進而對煤礦生產的安全性帶來十分不利的影響。

（三）在進行打頂板錨桿和錨索作業時的影響

一些小地質構造在回采及掘進過程中很難發現其中的不尋常狀況，而在進行打頂板錨桿和錨索作業時，當鉆機的工作速度明顯快于正常狀態時，則意味著極有可能遇見小地質構造情形，依據相關的工作經驗，可以初步判斷出現的這類小地質構造屬于相對隱蔽的一種小地質構造類型，作為隱藏在煤層頂部的小地質構造，其引發冒頂事故的機率相對較大，同時其危害性也是巨大的。為此，對于這種隱蔽的小地質構造，相關人員應給予足夠的重視，進而降低其進一步產生危害的可能性。

三、煤炭掘進過程中相應的策略探究

不同的小型地質構造所采取的煤炭掘進方法不同，根據小型地質構造的種類將煤炭掘進方法分為以下幾種：正斷層的掘進方法、逆斷層的掘進方法、頂板撓曲的掘進方法和復合頂板煤層的掘進方法等。

（一）正斷層的掘進方法

正斷層是地質構造中斷層的一種，它通常由兩種形式組成，分別是巷道由斷層上盤向下盤掘進和巷道由下盤向上盤掘進。

巷道由斷層上盤向下盤掘進是指在掘進過程中，當斷層出現在視線之后，煤層的頂板突然呈上升趨勢，并且會時常發現有冒頂的現象。巷道由斷層下盤向上盤掘進是指在掘進過程中，當斷層出現在視線之后，煤層的頂板突然呈下降趨勢，這時要對下降巷道的坡度進行調整。由此可見，當遇到斷層時，要充分做好穿過各種斷層準備，并且要不斷通過運用風鉆探空對煤層頂板進行照明，以防有冒頂或其他的危害等災害的威脅。同時，在通過斷層時，要利用錨帶網做好支護工作以防塌方等危害，但在做好支護工作的同時，要使錨桿的間距進行縮小。

（二）逆斷層的掘進方法

逆斷層也是地質構造中斷層的一種，一般表現為上盤上升，下盤下降，一般是由重力和水平力共同作用形成的，是引發地震主要原因。

在通過逆斷層時，一般會遇到重疊現象，而這種現象比較困難，因此，逆斷層中主要需要克服的困難便是重疊現象。當進行由上盤向下盤的掘進方向時，應適當的增大巷道的坡度，與此同時，也要做好必要的超前支護處理；當進行由下盤向上盤的掘進方向時，需要注意煤層的重疊現象，即首先進行頂板重疊煤層的防控，防止冒頂現象的發生，然后運用加密錨桿和頂板雙層支護加強支護的可靠性。

（三）頂板撓曲構造的掘進方法

對于頂板而言，撓曲構造是一個很危險的地質構造，因此對頂板撓曲構造進行掘進時需要對其觀測，及時準確的掌握其中的構造特點和特征，做好可靠的預防工作。但當煤層的傾角變大時，首先要用錨索鉆機對煤層頂板進行勘測，確定安全后方可繼續掘進，但是要采取加密支護的方式。

（四）復合頂板煤層的掘進方法

煤層與原巖之間的關系并不是一成不變的，并且兩者之間的聯系方式都是自然隨機形成的，因此煤層與頂板之間難免會有復合的接觸方式。復合頂板容易冒頂且不好支護，所以在掘進的工程中要盡量避免復合頂板區域，向著直接頂板掘進。

不同小型地質構造有著不同的煤礦掘進方法，但它們大致可以歸納為三個方面：采煤工作面局部冒頂、掘進過程中局部冒頂以及隱蔽小地質構造。

1. 采煤工作面局部冒頂的相應策略

一般在采煤工作面出現局部冒頂的前兆主要變現為：煤層頂板出現一定的裂縫，同時其裂縫有進一步加劇的現象；頂板裂縫內可能會出現掉碴現象等。在發現這些征兆時，為進一步預防局部冒頂事故的出現，相關工作人員可以選擇采用淺截深割煤的方式進行采礦作業，作業時一次截深的高度應在半米之內。此外，割煤后應及時移架或者及時補打臨時性的支護。在對輸送機進行移動時，相關人員一定要嚴格遵循相應的操作流程，同時為進一步降低空頂的時間，在移動的同時應及時搬回臨時支柱，在出現頂板破碎狀況時，一定要先打托板，之后再進行移動輸送機的工作，以確保移動過程中的安全問題。

2. 掘進過程中局部冒頂的相應策略

在掘進過程中局部冒頂的出現一般也伴隨著一定的前兆，除與采煤工作面局部冒頂征兆相似的現象外，掘進過程中出現局部冒頂前一般還伴隨著頂板劈落面淋水滴落現象的出現。在出現這些征兆時，一定要保持迎頭、頂板支護和巷道的一致性，特別禁止滯后現象的出現，此外，相應的支護材料及配套設施一定保障其質量的合格性。此外，在執行敲幫問頂時一定要嚴格遵循相應的規章程序進行操作，以防止出現空頂作業，對于礦壓及支護參數也應適時進行調整。

3. 出現隱蔽小地質構造時的相應策略

出現隱蔽小地質構造時，在完成錨桿和錨索作業后，往往會出現一定的淋水狀況。在出現一定征兆時，相關工作人員應及時將其具體情況向上級進行匯報和登記，進而再由相應的人員進行負責與處理。在錨桿和錨索作業完工后，一定要及時補打一些其他類型的支護，以進一步預防小地質構造對相關工作造成的不利影響。

4. 除以上三個方面外，還可以提前預知小型地質結構，然后根據超預報結果提前對煤礦掘進工作做出相應的針對性的措施。對礦區的小型地質結構進行超預報，是有效避免危害、事故等災難的根本和前提。

四、結論

總而言之，小地質構造對煤礦掘進工作有很大的影響，在進行煤礦的掘進工作中要對小地質構造引起高度的重視，做好各方面的準備，根據小地質構造的影響及危害，確定相對應的策略措施，降低因小地質構造所引起的事故率，提高煤礦掘進的速度、質量和安全率。由于時間的關系，本文不能對小地質構造對煤礦掘進進行更全面、更深入的研究，今后可以在以下幾個方面加以研究：小地質構造在煤礦掘進過程中對煤層自然的分析；小地質構造對煤礦掘進中的礦區的影響分析以及不同的小地質結構對煤礦掘進的影響等。

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（作者單位：國投新集能源股份有限公司劉莊煤礦總工辦）